多晶硅正面减反射钝化膜研究

李景 王贵梅 刘月敏 刘苗 许志卫

（晶澳太阳能有限公司，河北邢台 055550）

0.引言

采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）在发射极表面沉积氮化硅减反射层，薄膜中含有H原子，还可以起到钝化发射极表面，降低前表面复合速率的作用。由于多晶硅片有很多晶界及晶粒内部的缺陷，管式PECVD沉积中，等离子体轰击表面可以深入到硅片体内的晶界或晶粒缺陷中，因此管式法对多晶硅片的钝化效果就更明显[1]。近年来，由于SiO2良好的光学和化学性能，被用作太阳能电池的减反射钝化介质层[2]。氮氧化硅薄膜中含有大量的氢元素，可以起到良好的钝化作用，叠加氮化硅可以增加介质膜层的热稳定性，氮氧化硅可以使用PECVD技术进行制备，亦可以通过调整反应气体成分比来改变折射率[3-4]。

本文根据玻璃和氮化硅折射率，按照折射率递增原则，利用管式PECVD炉选取N2O，SiH4，NH3作为反应气体，分别在多晶硅片正面沉积SiNx薄膜（样品1）、SiNx/ SiO2叠层薄膜（样品2）以及SiNx/SiOxNy/SiO2叠层薄膜（样品3），测试不同样品膜厚折射率数据、QE表现以及电性能数据，选取最优工艺作为现场推广工艺，最终数据表明：SiNx/ SiOxNy/SiO2叠层薄膜效率提升最大，与理论相符；本研究产线兼容性好，实用性强。

1.试验设计

1.1 试验原料

本文原料硅片采用松宫电子材料有限公司生产的p型多晶硅片，尺寸为156mm×156mm，厚度为180μm，电阻率为1Ω·cm～3Ω·cm，试验所用原料硅片均切割于同一铸锭硅。每组样品800片，按照SE+PERC工艺路线固定机台专人跟踪下传，收集相应数据。

1.2 试验仪器

本文膜厚和折射率用上海系科光电科技有限公司光谱椭偏仪COSE测试，反射率用上海系科光电科技有限公司光谱反射仪REF300测试，量子效应用美国PV Measurements的QEX10测试，电性能参数采用德国Halm高精度检测系统测试。

1.3 原理简介

PECVD方式沉积SiO2薄膜，是利用SiH4/N2O的混合气体生成，尽管在沉积的薄膜中含有少量的H和N。薄膜成分比值接近SiO2化学计量比[5]。

SiH4（g）+2N2OSiO2（s）+2N2（g）+2H2（g）

PECVD方式沉积SixNy薄膜，利用SiH4/NH3的混合气体生成[5]。

SiH4（g）+NH3（g）SixNyHz（s）+H2（g）

我们用N2O作为氧源代替O2，利用SiH4/N2O/NH3的混合气体，用PECVD方式沉积SiON薄膜[6]，各种薄膜优劣势见表1所示。

表1 各种薄膜优劣势对比

2.结果与讨论

2.1 膜厚/折射率/反射率数据

三种样品膜层结构设计分别如图1所示，表2中测试的膜厚折射率数据为叠膜数据。

图1 不同样品膜层结构

每组抽测10片，每片测试5个点（硅片四个角及中心位置），5点平均值为单片平均值，10片平均值为单组值，样品膜厚、折射率以及反射率数据如表2所示。通过控制气体流量以及反应时间等参数，制备样品的膜厚均为85nm，样品2与样品3相比样品1，由于薄膜中存在氧，导致其折射率降低[5]，反射率降低。相同膜厚的情况下，样品3折射率以及反射率最低。

表2 膜厚/折射率/反射率数据对比

2.2 QE数据

测试不同条件下量子效应结果如图2所示，样品2以及样品3叠膜相比样品1表现出优秀的短波响应，我们分析认为两方面原因造成该结果，一方面是由于氧化硅/氮氧化硅薄膜透光性较好，较好的减反射效果增加了光吸收，另一方面氧化硅/氮氧化硅/氮化硅复合薄膜拥有较好的钝化效果，可以降低表面态，使发射极附近的表面复合和结区复合更少，提高了短波段的量子效率[7]。

图2 量子效应对比

2.3 电学性能数据

跟踪下传样品电性数据如表3所示，样品3较样品1效率高0.1%，开路电压高0.0018V，短路电流高0.045A，样品3较样品1电学性能主要表现在短路电流的提升明显，样品3电池转换效率的提升主要依靠反射率的降低带来的光吸收的增加，以及表面态密度的降低带来的钝化效果的增加。

表3 电学性能数据对比

3.结论

利用管式PECVD，以SiH4、NH3、N2O不同的反应气体组合制备复合薄膜，在多晶硅片正面从里到外依次沉积SiNx/SiOxNy/SiO2叠层薄膜，作为正表面减反射钝化介质层，较常规SiNx薄膜相比，转换效率提升0.1%，主要表现为短路电流提升明显，提升0.045A。该薄膜制备技术与产线兼容性较好，可应用制备多晶硅太阳能电池制造领域。